[發(fā)明專利]一種模擬隧道開挖過程的試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610073083.6
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105572308B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏永旭;韓興博;陳新棟;柴倫磊;張卜;葉飛;唐佳;李廣建;劉霽
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61216
• 代理人: 李鄭建,孫雅靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬隧道開挖過程的試驗裝置。

背景技術(shù)

目前利用土工相似理論開展隧道物理模型試驗是研究和分析隧道施工問題的一種重要手段。

隧道施工模型試驗主要通過兩種方法來進(jìn)行：其一是在試驗箱中填土完成后對所填土體進(jìn)行開挖和支護(hù)；另一種是將隧道支護(hù)的襯砌預(yù)先埋置在土體中，并將隧道將要開挖的部分制作為木質(zhì)或其他材質(zhì)的模具，在模具上安裝把手，模擬開挖的過程中將木質(zhì)或其他材質(zhì)的模具拔出。方法一操作方便，但是模擬開挖的過程比較困難，當(dāng)土體相對松軟的時候開挖隧道本身比較容易，但是在開挖之后和支護(hù)之前容易發(fā)生開挖周邊的土體也發(fā)生坍塌，造成試驗失敗，當(dāng)土體相對堅硬時開挖又非常不易，費事費力，并且開挖后的隧道輪廓參差不齊，安裝襯砌是非常困難，或者襯砌安裝后與土體接觸不緊密，不易采集到襯砌受力的數(shù)據(jù)。因此方法二較為常用，但是方法二也存在一定的缺點，以預(yù)埋木質(zhì)模具模擬開挖部分而言，首先木質(zhì)模具的加工不夠機械化，加工而成的模具精度不夠；其次，整體埋置的木質(zhì)模具在填土壓實后雖然一般會設(shè)有把手等便于取出的裝置，但是想要順利抽出非常困難，由于預(yù)埋件不能抽出而造成試驗失敗的案例比比皆是。并且方法二一般將預(yù)埋件一次性取出，未能實現(xiàn)隧道開挖循序漸進(jìn)的過程模擬。

目前此類隧道模型試驗主要存在的缺點有：模擬隧道開挖的試驗中由于數(shù)據(jù)采集的困難往往忽略初期支護(hù)的模擬，與真實的施工方法出入較大；操作窗口不可拆卸，使試驗箱的重復(fù)利用價值大打折扣；試驗箱直接放置在實驗室地板上，平整度不足，使試驗結(jié)果產(chǎn)生誤差；石膏襯砌的成型一般采用鋼模具或木模具，制作成本高并且不能完成連拱隧道等異形襯砌的澆筑，并且極難實現(xiàn)襯砌厚度小于1cm的模型的制作。因此，一種開挖難度小、可重復(fù)利用、實驗結(jié)果準(zhǔn)確、可成型任意形狀襯砌、數(shù)據(jù)采集全面的隧道開挖模擬系統(tǒng)非常必要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬隧道開挖過程的試驗裝置，該裝置不僅能模擬漸進(jìn)的開挖過程，同時本裝置的模具能進(jìn)行精細(xì)的加工實現(xiàn)各種隧道的模擬。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一種模擬隧道開挖過程的試驗裝置，包括試驗箱，試驗箱的頂部懸設(shè)百分表架，試驗箱的底部埋設(shè)預(yù)埋體，試驗箱內(nèi)填充土體模擬材料；所述的預(yù)埋體包括第一隧道開挖試驗體、中隔墻試驗體和第二隧道開挖試驗體，第一隧道開挖試驗體和第二隧道開挖試驗體的結(jié)構(gòu)相同；第一隧道開挖實驗體由外到內(nèi)依次包括初期支護(hù)模擬層、二次襯砌模擬層和山體模擬件，山體模擬件包括多個并列可拆卸連接設(shè)置的片狀體。

第二種模擬隧道開挖過程的試驗裝置在第一種的基礎(chǔ)上，所述的片狀體的厚度為1cm。

第三種模擬隧道開挖過程的試驗裝置在第一種或第二種的基礎(chǔ)上，所述的山體模擬件通過貫穿設(shè)置的通絲螺桿實現(xiàn)可拆卸連接。

第四種模擬隧道開挖過程的試驗裝置在第一種或第二種的基礎(chǔ)上，所述的初期支護(hù)模擬層、二次襯砌模擬層和中隔墻試驗體采用石膏澆筑成型制作而成；山體模擬件中的片狀體為發(fā)泡PVC板。

第五種模擬隧道開挖過程的試驗裝置在第四種的基礎(chǔ)上，所述的初期支護(hù)模擬層、二次襯砌模擬層和中隔墻試驗體的澆筑模具為澆筑模板構(gòu)件，澆筑模板構(gòu)件由上到下依次包括可拆卸連接的頂端固定板、多個模板層和底端固定板；對多個模板層進(jìn)行刻蝕形成待澆筑件的形狀即可。

第六種模擬隧道開挖過程的試驗裝置在第五種的基礎(chǔ)上，所述的頂端固定板上設(shè)置注漿槽，多個模板層上刻蝕初期支護(hù)模擬層、二次襯砌模擬層或中隔墻試驗體形狀的注漿間隙，通過注漿槽將石膏澆筑在多個模板層組成的注漿間隙中，成型后將頂端固定板、多個模板層和底端固定板依次分片拆除即得初期支護(hù)模擬層、二次襯砌模擬層或中隔墻試驗體。

第七種模擬隧道開挖過程的試驗裝置在第一種或第二種的基礎(chǔ)上，所述的百分表架包括固定在試驗箱頂部的橫撐桿、懸設(shè)在撐桿下的高度調(diào)節(jié)構(gòu)件及與高度調(diào)節(jié)構(gòu)件固定連接的磁性表座吸附桿。

第八種模擬隧道開挖過程的試驗裝置在第七種的基礎(chǔ)上，所述的高度調(diào)節(jié)構(gòu)件包括U型連接頭、銷釘、調(diào)節(jié)螺桿和調(diào)節(jié)螺母，U型連接頭的開口端通過銷釘套設(shè)懸掛在橫撐桿上，調(diào)節(jié)螺桿穿過U型連接頭的弧形端與U型連接頭固定連接，調(diào)節(jié)螺母控制磁性表座吸附桿在調(diào)節(jié)螺桿上的高度實現(xiàn)對百分表架懸掛高度的調(diào)節(jié)。